虚拟Dom与Diff算法

react框架中,采用虚拟dom,我们可以不用担心性能问题而随时随地的进行整个界面的刷新。由虚拟DOM来确认当界面真正发生变化的时候,只对需要变化的局部的DOM进行操作。

什么是 DOM Diff 算法

当web的某一个部分发生变化的时候,就是对应的DOM节点发生了变化,由react来比较两个界面的区别,这就需要对于DOM树进行Diff算法的分析。对于标准的Diff算法的复杂度是O(n^3),这样的复杂度是没有办法满足性能上的要求,如果每一次的界面都可以整体刷新界面的目的,我们一定要对Diff算法进行优化,他们基于web界面的特点做了两个简单的假设,使得Diff算法的复杂度直接的降低到了O(n)

  • 两个相同组件产生类似的DOM结构,不同的组件产生DOM结构
  • 对于同一层次的一组子节点,可以通过id进行区分。

算法上的优化是React整个界面的Render的基础,事实上也证明这两个假设是合理而且精确的,保证了整体界面构建的性能。

不同节点类型的比较

react中比较两个虚拟DOM节点,当两个节点不同的时候,应该如何进行处理,主要分成两种情况:
(1)节点类型不同
(2)节点类型相同,但是属性不同

当在树的同一个位置前后输出不同类型的界面,react的具体操作是直接删除前面的节点,然后创建并插入新的节点,我们下面看一个具体的例子:

renderA: 
renderB: => [removeNode
], [insertNode ]

简单来说就是先将A节点删除掉,然后插入B节点,在这个构成中我们需要注意的是:删除节点意味着彻底的销毁了这个节点,而不是在后续的比较中看是否有另外一个节点等于改删除的节点,如果被删除的节点有子节点的话,那么子节点也会被删除,不会在后面的继续比较,这也是复杂度降低的主要原因。
上面提到的是对虚拟DOM节点的操作,而同样的逻辑也被用在React组件的比较。

renderA: 
renderB: => [removeNode
], [insertNode ]

React 在同一个位置遇到不同的组件时,也是简单的销毁第一个组件,而把新创建的组件加上去。这正是应用了第一个假设,不同的组件一般会产生不一样的 DOM 结构,与其浪费时间去比较它们基本上不会等价的 DOM 结构,还不如完全创建一个新的组件加上去,将大量的比较时间节省了时间,通过时间我们发现 ReactDOM Diff算法实际上只会对树进行逐层比较:

逐层进行节点比较

而在 React 中,树的算法其实非常简单,那就是两棵树只会对同一层次的节点进行比较。如下图所示:

逐层比较的截图

React 只会对相同颜色方框内的 DOM 节点进行比较,即同一个父节点下的所有子节点。当发现节点已经不存在,则该节点及其子节点会被完全删除掉,不会用于进一步的比较。这样只需要对树进行一次遍历,便能完成整个 DOM 树的比较。

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上面的过程就是现将A节点以及A的子节点都删除,然后将重新创造一个上面的结构,然后将这个结构整体挂到D的后面。
因为React 只会简单的考虑同层节点的位置变换,对于不同层的节点,只有简单的创建和删除。当根节点发现子节点中A 不见了,就会直接销毁A;而当D发现自己多了一个子节点A,则会创建一个新的A作为子节点。因此对于这种结构的转变的实际操作是:

A.destroy();
A = new A();
A.append(new B());
A.append(new C());
D.append(A);

由 DOM Diff 算法理解组件的生命周期

我们再来看一下React的生命周期,其中的每一个阶段其实都和DOM Diff算法是息息相关的:

  • constructor: 构造函数,组件被创建时执行;
  • componentDidMount: 当组件添加到 DOM 树之后执行;
  • componentWillUnmount: 当组件从DOM 树中移除之后执行,在 React 中可以认为组件被销毁;
  • componentDidUpdate: 当组件更新时执行。

相同类型节点的比较

第二种节点的比较是相同类型的节点,算法就相对简单而容易理解。React 会对属性进行重设从而实现节点的转换。例如:

renderA: 
renderB:
=> [replaceAttribute id "after"]

虚拟DOMstyle属性稍有不同,其值并不是一个简单字符串而必须为一个对象,因此转换过程如下:

renderA: 
renderB:
=> [removeStyle color], [addStyle font-weight 'bold']

列表节点的比较

上面介绍了对于不在同一层的节点的比较,即使它们完全一样,也会销毁并重新创建。那么当它们在同一层时,又是如何处理的呢?React 在遇到列表时却又找不到key 时提示的警告。虽然无视这条警告大部分界面也会正确工作,但这通常意味着潜在的性能问题。因为 React 觉得自己可能无法高效的去更新这个列表。
我们可以从一个例子看一下这个问题:

实现的操作

当我们没有为每一个节点设置唯一标识的时候,React 无法识别每一个节点,那么更新过程会很低效,即,将 C 更新成 FD更新成 CE 更新成D,最后再插入一个E 节点。效果如下图所示:

操作过程

React会逐个对节点进行更新,转换到目标节点。而最后插入新的节点E,涉及到的 DOM 操作非常多。而如果给每个节点唯一的标识(key),那么 React能够找到正确的位置去插入新的节点,入下图所示:

操作的过程

结束语

本文分析了 ReactDOM Diff 算法究竟是如何工作的,其复杂度控制在了O(n),这让我们考虑 UI 时可以完全基于状态来每次render整个界面而无需担心性能问题,简化了 UI 开发的复杂度。而算法优化的基础是文章开头提到的两个假设,以及 ReactUI基于组件这样的一个机制。理解虚拟 DOM Diff 算法不仅能够帮助我们理解组件的生命周期,而且也对我们实现自定义组件时如何进一步优化性能具有指导意义。

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